植物学虚拟实验平台的构建及应用.pdf

植物学虚拟实验平台的构建及应用成丹;崔瑾;王庆亚;刘琳莉;钱猛;沈振国【摘要】植物学虚拟实验平台结合了虚拟显微镜系统、植物识别系统、植物学数字课程和虚拟仿真实验4个功能模块,系统地整合了植物组织解剖、植物类群分类两部分实验教学资源.平台首次将虚拟仿真教学资源应用于植物组织结构观察和植物分类识别鉴定的实验教学,各教学资源既相互独立、自成一体,又能贯穿植物学实验技术的整个过程,可根据实验要求进行灵活组合,以满足学生个性化学习方式的需求.通过该平台的应用,不仅扩充了教学信息容量,提升了教学效率,同时也有利于教学资源的管理和利用,推动了植物学实验教学模式的改革和创新.从植物学实验教学中的实际应用出发,具体探讨了虚拟实验平台的构建思路,实现模式及应用效果.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2016(035)002【总页数】5页(P62-66)【关键词】虚拟实验平台;植物学;虚拟仿真;实验教学【作者】成丹;崔瑾;王庆亚;刘琳莉;钱猛;沈振国【作者单位】南京农业大学农业生物学国家级虚拟仿真实验教学中心,江苏南京210095;南京农业大学农业生物学国家级虚拟仿真实验教学中心,江苏南京210095;南京农业大学生命科学学院,江苏南京210095;南京农业大学农业生物学国家级虚拟仿真实验教学中心,江苏南京210095;南京农业大学农业生物学国家级虚拟仿真实验教学中心,江苏南京210095;南京农业大学生命科学学院,江苏南京210095【正文语种】中文【中图分类】Q94-33植物学是生物学与农学各专业的专业基础课，是学好其它专业课的基础，植物学实验教学在生命科学中占有很重要的基础地位[1-2]。长期以来，植物学实验教学存在的问题主要表现为，实验内容单一，验证性实验多，基本技能得不到提高，由于受到采样制作的影响，很难获得完整的发育过程，又由于受季节的影响，在分类实验中观察不到典型的花。根据实验教学过程中存在的问题，有针对性，选择性的进行虚拟实验开发与研制，能切实有效地提高植物学实验教学效率和教学效果。近年来，在植物学实验教学改革方面，不少学者结合各自学校的教学特点及现状，主要从植物学实验室建设、改进教学方法、改革考核方法等方面进行了探讨，但这些改革还不能从根本上解决上述问题[3-6]。通过建立虚拟实验平台开展虚拟实验,运用计算机模拟植物发育的形态结构变化,重要典型的植物的形态结构，使学生达到“身临其境”的效果,提高植物学的实验教学效果。虚拟实验平台的本质属性是实验教学平台，平台建设应遵循“技术设计为教学设计服务”的原则[7-8]。在具体实践中，应在充分体现虚拟实验资源独特优势的前提下，最大限度利用校园网络、服务器、传统仪器设备等现有基础设施，前瞻性地将分布在不同位置的各类型虚拟实验资源通过网络得以共享。平台的功能应能弥补目前实验教学中所存在的缺陷，具有网络教学功能和网上实验操作功能，具备一定的智能特性。1.1目前植物学实验教学存在的问题目前植物学实验教学存在的问题主要表现为，实验内容单一，验证性实验多，基本技能得不到提高。传统的植物学实验几乎全为验证性实验，通常都是以教师介绍实验内容和方法，然后学生进行实验以验证学过的理论知识，严重制约了学生实践能力和创新能力的培养。在实验材料方面，由于受到季节的影响，现在的植物根、茎、叶的初生或次生发育结构切片时期较少，特别是反映发育的典型珍贵制片更少,这些切片在制作时因植物生长时期难以把握，制作比较困难。例如在花芽分化的实验中，学生观察的是油菜花芽分化的制片,因为是总状花序，花多且处在不同发育时期，但由于花在花序上排列很不规则，学生基本上只能观察到花芽分化5个时期中的2～3个时期，而且典型的剖面极少，在雄蕊和花粉粒发育结构观察中也存在类似问题。因实验课时及实验条件的限制，目前学生在课堂上只能观察2张切片，通常观察不到完整的发育过程，有时就是2张切片也不典型；再如胚囊和胚的发育结构观察实验，胚囊的发育有6个时期，而胚的发育有7个时期，比较复杂，许多的发育时期因为取材等原因很难在切片中看到，有时即使看到也因为切面位置不正而不典型，不利于这部分重要实验内容的掌握。同样，受气候，植物花期等客观因素的影响，此类问题，在植物分类方面的实验教学中，更为突出。1.2虚拟实验平台的功能设计虚拟实验平台应包括如下几部分功能：(1)满足实验教学的需要。虚拟实验平台建设的最终目标不是为了虚拟而虚拟，而是让学生通过虚拟实验对象更快速有效地学习实验原理、掌握试验方法，训练实验技能，从而提高实验教学效率和学生的创新实践能力[9]。(2)课堂实验教学的拓展。课堂的实验教学毕竟有着时间、地点等多方面的客观条件的限制，虚拟实验平台的建设目的，是能够建立交互性能良好的虚拟实验环境，并且能够让学生不受时间和地点的限制对平台内各虚拟实验室中